CN109787085A - 一种垂直腔面发射激光器及其制作方法 - Google Patents
一种垂直腔面发射激光器及其制作方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109787085A CN109787085A CN201811625800.7A CN201811625800A CN109787085A CN 109787085 A CN109787085 A CN 109787085A CN 201811625800 A CN201811625800 A CN 201811625800A CN 109787085 A CN109787085 A CN 109787085A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- substrate
- reflecting layer
- vertical cavity
- layer
- metal electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
本发明公开了一种垂直腔面发射激光器及其制作方法，属于半导体技术领域。所述垂直腔面发射激光器包括衬底、下反射层、发光区、上反射层、上金属电极和下金属电极，所述下反射层、所述发光区、所述上反射层和所述上金属电极依次层叠在所述衬底的第一表面上，所述下金属电极设置在所述衬底的第二表面上，所述衬底的第二表面与所述衬底的第一表面相对，所述下反射层包括依次层叠的多个硼烯薄膜。本发明通过将下反射层从DBR结构改为依次层叠的多个硼烯薄膜，具有99％以上的反射率和几乎为0的吸光率，作用的波长范围覆盖从红外光到紫外光的整个波段，可以有效增强底部的反光效果，提高VCSEL的正面出光效率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种垂直腔面发射激光器及其制作方法。
背景技术
垂直腔面发射激光器(英文：Vertical Cavity Surface Emitting Laser，简称：VCSEL)是以砷化镓半导体材料为基础研制，有别于发光二极管(英文：Light EmittingDiode，简称：LED)、激光二极管(英文：Laser Diode，简称：LD)等其它光源，具有体积小、圆形输出光斑。单纵模输出、阈值电流小、价格低廉、易集成为大面积阵列等优点，广泛应用于光通信、光互连、光存储等领域。
现有的VCSEL包括衬底、下分布式布拉格反射镜(英文：Distributed BraggReflection，简称：DBR)、发光区、上DBR、上金属电极和下金属电极，下DBR、发光区、上DBR和上金属电极依次层叠在衬底的第一表面上，下金属电极设置在衬底的第二表面上，衬底的第二表面与衬底的第一表面相对。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
上DBR和下DBR通常采用GaAs/AlAs超晶格结构或者AlGaAs/AlGaAs超晶格结构，反光效果有限，导致VCSEL的正面出光效率较低。
发明内容
本发明实施例提供了一种垂直腔面发射激光器及其制作方法，能够解决现有技术DBR反光效果有限，VCSEL正面出光效率的问题。所述技术方案如下：
一方面，本发明实施例提供了一种垂直腔面发射激光器，所述垂直腔面发射激光器包括衬底、下反射层、发光区、上反射层、上金属电极和下金属电极，所述下反射层、所述发光区、所述上反射层和所述上金属电极依次层叠在所述衬底的第一表面上，所述下金属电极设置在所述衬底的第二表面上，所述衬底的第二表面与所述衬底的第一表面相对，所述下反射层包括依次层叠的多个硼烯薄膜。
可选地，所述硼烯薄膜的厚度为0.3nm～0.5nm。
优选地，所述硼烯薄膜的数量为80个～150个。
可选地，所述下反射层还包括纳米Ag层，所述纳米Ag层位于所述衬底和所述多个硼烯薄膜之间。
优选地，所述纳米Ag层的厚度为2nm～5nm。
可选地，所述上反射层的反射率低于所述下反射层的反射率。
优选地，所述上反射层包括依次层叠的多个周期结构，每个所述周期结构包括GaAs层和AlAs层，或者每个所述周期结构包括两个组分含量不同的AlGaAs层。
另一方面，本发明实施例提供了一种垂直腔面发射激光器的制作方法，所述制作方法包括：
在衬底的第一表面上依次形成下反射层、发光区、上反射层、上金属电极；
在衬底的第二表面上形成下金属电极，所述衬底的第二表面与所述衬底的第一表面相对；
其中，所述下反射层包括依次层叠的多个硼烯薄膜。
可选地，所述下反射层采用如下方式形成：
利用甩胶机将纳米Ag溶液均匀铺设在所述衬底上；
对所述纳米Ag溶液进行加热，在所述衬底上形成纳米Ag层；
将所述衬底放入反应室内，并对所述反应室进行抽真空；
采用化学气相沉积控制蒸发形成的B原子在所述纳米Ag层上沉积，形成硼烯薄膜。
优选地，所述反应室内的压力为10-8torr～10-6torr。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过将下反射层从DBR结构改为依次层叠的多个硼烯薄膜，具有99％以上的反射率和几乎为0的吸光率，作用的波长范围覆盖从红外光到紫外光的整个波段，可以有效增强底部的反光效果，提高VCSEL的正面出光效率。而且多个硼烯薄膜依次层叠形成的下反射层整体的厚度较薄，不会影响到原来的外延生长。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种垂直腔面发射激光器的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种垂直腔面发射激光器的制作方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明实施例提供了一种垂直腔面发射激光器。图1为本发明实施例提供的一种垂直腔面发射激光器的结构示意图。参见图1，该垂直腔面发射激光器包括衬底10、下反射层21、发光区30、上反射层22、上金属电极41和下金属电极42，下反射层21、发光区30、上反射层22和上金属电极41依次层叠在衬底10的第一表面上，下金属电极42设置在衬底10的第二表面上，衬底10的第二表面与衬底10的第一表面相对。
在本实施例中，下反射层21包括依次层叠的多个硼烯薄膜。
本发明实施例通过将下反射层从DBR结构改为依次层叠的多个硼烯薄膜，具有99％以上的反射率和几乎为0的吸光率，作用的波长范围覆盖从红外光到紫外光的整个波段，可以有效增强底部的反光效果，提高VCSEL的正面出光效率。而且多个硼烯薄膜依次层叠形成的下反射层整体的厚度较薄，不会影响到原来的外延生长。
可选地，硼烯薄膜的厚度可以为0.3nm～0.5nm，如0.4nm。硼烯薄膜很薄，即使层叠多个也不会影响到原来的外延生长。
优选地，硼烯薄膜的数量为80个～150个，如120个。通过限定硼烯薄膜的数量，以达到最佳的反光效果。
可选地，下反射层21还可以包括纳米Ag层，纳米Ag层位于衬底10和多个硼烯薄膜之间。利用纳米Ag层形成硼烯薄膜，同时纳米Ag层还可以进一步增加反光效果，提高VCSEL的正面出光效率。
优选地，纳米Ag层的厚度可以为2nm～5nm，如3.5nm，有利于硼烯薄膜的沉积。
可选地，上反射层22的反射率可以低于下反射层21的反射率，以使光线从正面射出。
优选地，上反射层22可以包括依次层叠的多个周期结构，每个周期结构包括GaAs层和AlAs层，或者每个周期结构包括两个组分含量不同的AlGaAs层，有利于维持整体的晶格结构。其中，两个组分含量不同的AlGaAs层中含量不同的组分可以为Al和Ga中的至少一个。
具体地，衬底10可以为GaAs。发光区30可以包括依次层叠的第一N型半导体层、第一有源层和第一P型半导体层；第一N型半导体层的材料可以采用N型掺杂的GaAs或者InP；第一P型半导体层的材料可以采用P型掺杂的GaAs或者InP；第一有源层可以为InGaAs量子阱、InGaAsN量子阱、InGaAs量子点、InGaNAs量子点中的一个。上金属电极41和下金属电极42的材料可以采用金(Au)、铝(Al)、镍(Ni)、铂(Pt)、铬(Cr)、钛(Ti)中的一种或多种。
在实际应用中，如图1所示，上金属电极41可以设置在上反射层22的上表面的边缘区域上，而上反射层22的上表面的中心区域上没有设置上金属电极41，同时下金属电极42铺设在衬底10的整个第二表面上，以达到较好的谐振效果。
可选地，该垂直腔面发射激光器还可以包括发光结构51和中间电极52，发光结构51设置在衬底10的第一表面上，中间电极52和下反射层21间隔设置在叠层结构51上。发光结构和中间电极实现光电探测器，从而与发光区配合，达到较好的使用效果。而且整体器件共用衬底和电极，集成度高，实现成本低。
具体地，发光结构51可以包括依次层叠的第二N型半导体层、第二有源层和第二P型半导体层；第二N型半导体层的材料可以采用N型掺杂的GaAs或者InP；第二P型半导体层的材料可以采用P型掺杂的GaAs或者InP；第二有源层可以为InGaAs量子阱、InGaAsN量子阱、InGaAs量子点、InGaNAs量子点中的一个。中间电极52的材料可以采用金(Au)、铝(Al)、镍(Ni)、铂(Pt)、铬(Cr)、钛(Ti)中的一种或多种。
在实际应用中，如图1所示，下反射层21可以设置在发光结构51的上表面的中心区域上，中间电极52设置在发光结构51的上表面的边缘区域上，整体配合的效果较好。
本发明实施例提供了一种垂直腔面发射激光器的制作方法。图2为本发明实施例提供的一种垂直腔面发射激光器的制作方法的流程图。参见图2，该制作方法包括：
步骤201：在衬底的第一表面上依次形成下反射层、发光区、上反射层、上金属电极。
在本实施例中，下反射层包括依次层叠的多个硼烯薄膜。
可选地，下反射层可以采用如下方式形成：
利用甩胶机将纳米Ag溶液均匀铺设在衬底上；
对纳米Ag溶液进行加热，在衬底上形成纳米Ag层；
将衬底放入反应室内，并对反应室进行抽真空；
采用化学气相沉积(英文：Chemical Vapor Deposition，简称：CVD)控制蒸发形成的B原子在纳米Ag层上沉积，形成硼烯薄膜。
利用纳米Ag层实现硼烯薄膜的沉积。
优选地，反应室内的温度可以为500℃～800℃，如650℃；反应室内的压力可以为10-8torr～10-6torr，如10-7torr，形成的硼烯薄膜质量较好。
优选地，纳米Ag层的厚度可以为2nm～5nm，有利于硼烯薄膜的沉积。
可选地，发光区和上反射层可以采用金属有机化合物化学气相沉淀(英文：Metal-organic Chemical Vapor Deposition，简称：MOCVD)工艺形成。上金属电极可以采用真空蒸镀工艺形成。另外，可以通过光刻工艺实现上金属电极的图形化。
步骤202：在衬底的第二表面上形成下金属电极，衬底的第二表面与衬底的第一表面相对。
具体地，下金属电极也可以采用真空蒸镀工艺形成。
可选地，该制作方法还可以包括：
在步骤201之前，在衬底的第一表面上形成发光结构。
在步骤201之后，在上反射层上开设延伸至发光结构的凹槽；
在凹槽内的发光结构上形成中间电极。
具体地，发光结构可以采用MOCVD工艺形成，中间电极可以采用真空蒸镀工艺形成。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种垂直腔面发射激光器，所述垂直腔面发射激光器包括衬底、下反射层、发光区、上反射层、上金属电极和下金属电极，所述下反射层、所述发光区、所述上反射层和所述上金属电极依次层叠在所述衬底的第一表面上，所述下金属电极设置在所述衬底的第二表面上，所述衬底的第二表面与所述衬底的第一表面相对，其特征在于，所述下反射层包括依次层叠的多个硼烯薄膜。
2.根据权利要求1所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述硼烯薄膜的厚度为0.3nm～0.5nm。
3.根据权利要求2所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述硼烯薄膜的数量为80个～150个。
4.根据权利要求1～3任一项所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述下反射层还包括纳米Ag层，所述纳米Ag层位于所述衬底和所述多个硼烯薄膜之间。
5.根据权利要求4所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述纳米Ag层的厚度为2nm～5nm。
6.根据权利要求1～3任一项所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述上反射层的反射率低于所述下反射层的反射率。
7.根据权利要求6所述的垂直腔面发射激光器，其特征在于，所述上反射层包括依次层叠的多个周期结构，每个所述周期结构包括GaAs层和AlAs层，或者每个所述周期结构包括两个组分含量不同的AlGaAs层。
8.一种垂直腔面发射激光器的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：
在衬底的第一表面上依次形成下反射层、发光区、上反射层、上金属电极；
在衬底的第二表面上形成下金属电极，所述衬底的第二表面与所述衬底的第一表面相对；
其中，所述下反射层包括依次层叠的多个硼烯薄膜。
9.根据权利要求8所述的制作方法，其特征在于，所述下反射层采用如下方式形成：
利用甩胶机将纳米Ag溶液均匀铺设在所述衬底上；
对所述纳米Ag溶液进行加热，在所述衬底上形成纳米Ag层；
将所述衬底放入反应室内，并对所述反应室进行抽真空；
采用化学气相沉积控制蒸发形成的B原子在所述纳米Ag层上沉积，形成硼烯薄膜。
10.根据权利要求9所述的制作方法，其特征在于，所述反应室内的压力为10-8torr～10-6torr。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811625800.7A CN109787085A (zh) | 2018-12-28 | 2018-12-28 | 一种垂直腔面发射激光器及其制作方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811625800.7A CN109787085A (zh) | 2018-12-28 | 2018-12-28 | 一种垂直腔面发射激光器及其制作方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109787085A true CN109787085A (zh) | 2019-05-21 |
Family
ID=66498738
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811625800.7A Pending CN109787085A (zh) | 2018-12-28 | 2018-12-28 | 一种垂直腔面发射激光器及其制作方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109787085A (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004104086A (ja) * | 2002-09-10 | 2004-04-02 | Arima Optoelectronics Corp | 反射光源型ｌｅｄの製造方法 |
| CN1585215A (zh) * | 2003-08-19 | 2005-02-23 | 三星电子株式会社 | 带单片生长光电探测器的长波长垂直腔面发射激光器 |
| CN101651287A (zh) * | 2008-08-14 | 2010-02-17 | 索尼株式会社 | 垂直腔面发射激光器 |
| CN106848838A (zh) * | 2017-04-06 | 2017-06-13 | 中国科学院半导体研究所 | 基于多孔DBR的GaN基VCSEL芯片及制备方法 |
| CN108766966A (zh) * | 2018-04-16 | 2018-11-06 | 河南师范大学 | 一种基于硼烯的纳米开关器件 |
| CN109088309A (zh) * | 2018-10-16 | 2018-12-25 | 厦门乾照半导体科技有限公司 | 一种高频垂直腔面发射激光器芯片及其制备方法 |
-
2018
- 2018-12-28 CN CN201811625800.7A patent/CN109787085A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004104086A (ja) * | 2002-09-10 | 2004-04-02 | Arima Optoelectronics Corp | 反射光源型ｌｅｄの製造方法 |
| CN1585215A (zh) * | 2003-08-19 | 2005-02-23 | 三星电子株式会社 | 带单片生长光电探测器的长波长垂直腔面发射激光器 |
| CN101651287A (zh) * | 2008-08-14 | 2010-02-17 | 索尼株式会社 | 垂直腔面发射激光器 |
| CN106848838A (zh) * | 2017-04-06 | 2017-06-13 | 中国科学院半导体研究所 | 基于多孔DBR的GaN基VCSEL芯片及制备方法 |
| CN108766966A (zh) * | 2018-04-16 | 2018-11-06 | 河南师范大学 | 一种基于硼烯的纳米开关器件 |
| CN109088309A (zh) * | 2018-10-16 | 2018-12-25 | 厦门乾照半导体科技有限公司 | 一种高频垂直腔面发射激光器芯片及其制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| ANDREW J. MANNIX 等: ""Synthesis of borophenes: Anisotropic, two-dimensional boron polymorphs"", 《SCIENCE》 * |
| SUNNY GUPTA 等: ""In pursuit of 2D materials for maximum optical response"", 《ACS NANO》 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110249491B (zh) | 基于在石墨烯型基底上生长的纳米线的激光器或led | |
| US10615304B2 (en) | Optoelectronic device with dielectric layer and method of manufacture | |
| CN110137801A (zh) | 垂直腔面发射激光器及其制作方法 | |
| US7502401B2 (en) | VCSEL system with transverse P/N junction | |
| JP2011009524A (ja) | 発光素子及び発光素子の製造方法 | |
| CN110071424A (zh) | 垂直腔面发射激光器及其制作方法 | |
| US8796711B2 (en) | Light-emitting element | |
| US6097041A (en) | Light-emitting diode with anti-reflector | |
| JP6159796B2 (ja) | 窒化物半導体多層膜反射鏡とそれを用いた発光素子 | |
| CN111816717B (zh) | 一种谐振增强型光探测器及其制备方法 | |
| CN110379898A (zh) | 发光二极管外延片及其生长方法 | |
| US9397479B2 (en) | Silicon DBR structure-integrated light element, and preparation method | |
| CN114865451A (zh) | 一种掩埋式非氧化孔径vcsel的外延结构及其制备工艺 | |
| CN106654860A (zh) | 一种1.55微米波长垂直面发射激光器材料结构及其制备方法 | |
| CN110197993A (zh) | 高复合效率的vcsel芯片及其制造方法 | |
| US20170084784A1 (en) | Light-emitting device and production method therefor | |
| JP2000332355A5 (zh) | ||
| CN109787085A (zh) | 一种垂直腔面发射激光器及其制作方法 | |
| CN116169560A (zh) | 一种氮化镓基光子晶体面发射激光器及制备方法 | |
| JP2002043696A (ja) | 半導体レーザ装置 | |
| CN113922208A (zh) | GaN基蓝紫光垂直腔面发射激光器芯片及其制作方法 | |
| Baek et al. | Precise control of 1.55 μm vertical-cavity surface-emitting laser structure with InAlGaAs/InAlAs Bragg reflectors by in situ growth monitoring | |
| EP1190452A1 (en) | InGaAsN/GaAs QUANTUM WELL DEVICES | |
| CN113488566A (zh) | 具有反射结构的红光二极管芯片及其制备方法 | |
| JPH01200678A (ja) | 発光ダイオード |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190521 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |